(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンからの排気ガスと前記タービンに燃焼ガスを供給する燃焼器に供給される圧縮空気との熱交換を行わせる再生熱交換器と、
前記排気ガスが流通する排気管路における前記再生熱交換器の上流側で前記排気管路から分岐された分岐排気管路と、
前記圧縮空気が流通する空気管路における前記再生熱交換器の上流側で前記空気管路から分岐された分岐空気管路と、
前記分岐排気管路と前記分岐空気管路との交点に配設されるとともに、前記圧縮空気を駆動ガスとして前記排気ガスを吸い込み、両者の混合ガスを前記燃焼器に向けて噴出するエゼクターとを有することを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステム。
【請求項２】
請求項１に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
圧縮手段で圧縮された空気を加湿する加湿手段を備えるとともに前記加湿手段で加湿された圧縮空気をタービンの排気ガスで加熱した後、燃焼器に供給する再生サイクルを構成していることを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステム。
【請求項３】
請求項２に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮手段として吸気を加湿する加湿噴霧手段および該加湿噴霧手段で加湿された空気を圧縮する圧縮機を有していることを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
再生可能エネルギーで駆動される他の圧縮手段と、該他の圧縮手段で圧縮した圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵手段とを有するとともに、
前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵した前記圧縮空気を前記加湿手段の上流側で前記圧縮手段の下流側に供給するように構成したことを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステム。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮手段で圧縮された圧縮空気が前記加湿手段の上流側の分岐点から供給されて貯蔵されるとともに、貯蔵された前記圧縮空気が前記分岐点の下流側で前記加湿手段の上流側の合流点に合流されるように構成された圧縮空気貯蔵手段を有することを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステム。
【請求項６】
請求項５に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮手段から前記分岐点を介して供給される圧縮空気をさらに圧縮して前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵させるとともに、前記圧縮空気貯蔵手段から供給される圧縮空気でタービンが駆動され、その排気ガスが前記合流点に供給されるように構成した他のガスタービンシステムを有することを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一つに記載する再生サイクル型ガスタービンシステムを原動機とする発電機を備えたことを特徴とする発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は再生サイクル型ガスタービンシステムおよび発電プラントに関し、特に高湿分空気を利用した再生サイクル型のガスタービンシステムに適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
タービンで仕事をした作動流体の排気ガスの熱を、燃焼器に供給する圧縮空気で回収して効率を向上させるためのガスタービンシステムとして再生サイクル型ガスタービンが知られている（例えば特許文献１参照）。この種の再生サイクル型ガスタービンは、タービンからの排気ガスと前記タービンに燃焼ガスを供給する燃焼器に供給される圧縮空気との熱交換を行わせる再生熱交換器を有している。
【０００３】
かかる再生サイクル型ガスタービンの効率は、再生熱交換器における熱交換効率に依存する。すなわち、熱交換効率が高いほどタービン効率も向上する。
【０００４】
近年、再生サイクル型ガスタービンの効率を向上させるための技術として高湿分空気を利用したものが提案されている。これは、圧縮手段で圧縮された空気を加湿する加湿手段を備えるとともに、前記加湿手段で加湿された空気を再生熱交換器においてタービンの排気ガスで加熱した後、燃焼器に供給する再生サイクルを構成しているガスタービンシステムである。このように高湿分空気を利用したガスタービンシステムにおいては、圧縮空気に加湿手段で水分を含ませて比熱の大きい高湿分の湿り空気として燃焼器に供給しているので、空気の質量流量が増大するとともに、比熱も大きくなる結果、圧縮動力を変えることなくタービンの出力を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−００７１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の如き高湿分を利用した再生サイクル型ガスタービンシステムにおいても再生熱交換器における熱交換効率を向上させることにより、さらなる効率の向上を期待し得る。また、この種の再生サイクル型ガスタービンにおける再生熱交換器は充分な熱交換効率を確保するためには大型化を免れず、それ自体のコストの高騰を招来するだけでなく、大きな設置面積も必要となる。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、高効率化を実現し得るばかりでなく、再生熱交換器の小型化も実現し得る再生サイクル型ガスタービンシステムおよび発電プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
タービンからの排気ガスと前記タービンに燃焼ガスを供給する燃焼器に供給される圧縮空気との熱交換を行わせる再生熱交換器と、
前記排気ガスが流通する排気管路における前記再生熱交換器の上流側で前記排気管路から分岐された分岐排気管路と、
前記圧縮空気が流通する空気管路における前記再生熱交換器の上流側で前記空気管路から分岐された分岐空気管路と、
前記分岐排気管路と前記分岐空気管路との交点に配設されるとともに、前記圧縮空気を駆動ガスとして前記排気ガスを吸い込み、両者の混合ガスを前記燃焼器に向けて噴出するエゼクターとを有することを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステムにある。
【０００９】
本態様によれば、燃焼器に供給される圧縮空気の一部が排気ガスと混合されるので、圧縮空気による排気ガスの熱回収を高効率で行うことができる。一方、再生熱交換器に供給される圧縮空気の圧力とタービンの排気ガスの圧力とが大きく異なることが両者を混合する際の障害となっていたが、かかる障害はエゼクターの使用により克服することができる。
【００１０】
この結果、再生熱交換器における熱交換に伴う有効エネルギーの損失を低減して、全体の熱効率を向上させることができるばかりでなく、再生熱交換器の小型化も実現でき、据付面積の縮小に伴う効果とも相俟って当該ガスタービンシステムの製造コストの低減にも寄与させることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
圧縮手段で圧縮された空気を加湿する加湿手段を備えるとともに前記加湿手段で加湿された圧縮空気をタービンの排気ガスで加熱した後、燃焼器に供給する再生サイクルを構成していることを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステムにある。
【００１２】
本態様によれば、高湿分の空気を利用することで改善される効率の向上を併せて享受することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、
第２の態様に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮手段として吸気を加湿する加湿噴霧手段および該加湿噴霧手段で加湿された空気を圧縮する圧縮機を有していることを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステムにある。
【００１４】
本態様によれば、加湿噴霧手段で加湿された空気を圧縮することによる圧縮動力の低減効果を得る。この結果、圧縮動力の低減により改善される効率の向上も併せて享受することができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、
第２または第３の実施の形態に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
再生可能エネルギーで駆動される他の圧縮手段と、該他の圧縮手段で圧縮した圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵手段とを有するとともに、
前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵した前記圧縮空気を前記加湿手段の上流側で前記圧縮手段の下流側に供給するように構成したことを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステムにある。
【００１６】
本態様によれば、さらに天候に左右されて不安定な供給となる点が問題となる再生可能エネルギーの前記問題点を解決するとともに、再生可能エネルギーを利用して得た圧縮空気を利用して高効率のタービン駆動を実現できる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、
第２または第３の態様に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮手段で圧縮された圧縮空気が前記加湿手段の上流側の分岐点から供給されて貯蔵されるとともに、貯蔵された前記圧縮空気が前記分岐点の下流側で前記加湿手段の上流側の合流点に合流されるように構成された圧縮空気貯蔵手段を有することを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステムにある。
【００１８】
本態様によれば、ガスタービンシステムが高湿分の湿り空気を利用する再生サイクルを構築しているガスタービンシステムと圧縮空気貯蔵手段とを組み合わせているので、ガスタービンシステムの加湿手段の上流側に圧縮空気貯蔵手段からの圧縮空気を供給することができる。この結果、例えば再生可能な自然エネルギーや夜間の余剰電力等を利用して圧縮して貯蔵しておいた圧縮空気を利用してガスタービンシステムの圧縮機を駆動させることなく任意の必要な時間帯に高効率で再生サイクル型ガスタービンシステムを駆動させることができる。ここで、前記ガスタービンシステムにおいては、圧縮手段で圧縮した空気を加湿手段で加湿すべく圧縮手段から一旦外部に取り出す配管が設けられており、加湿手段を通した後、燃焼器に圧縮空気を供給するような構成となっているので、圧縮手段と燃焼器との途中に圧縮空気貯蔵手段からの圧縮空気を良好に供給することができる。すなわち、ガスタービンシステムの大きな構造変化を伴うことなく圧縮空気貯蔵手段をガスタービンシステムと一体化させることが容易に可能となる。
【００１９】
本発明の第６の態様は、
第５の態様に記載する再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮手段から前記分岐点を介して供給される圧縮空気をさらに圧縮して前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵させるとともに、前記圧縮空気貯蔵手段から供給される圧縮空気でタービンが駆動され、その排気ガスが前記合流点に供給されるように構成した他のガスタービンシステムを有することを特徴とする再生サイクル型ガスタービンシステムにある。
【００２０】
本態様によれば、圧縮空気貯蔵手段に貯蔵するための圧縮動力を他のガスタービンシステムに有効に回収させることができ、全体の効率向上に寄与させることができる。
【００２１】
本発明の第７の態様は、
第１〜第６の態様の何れか一つに記載する再生サイクル型ガスタービンシステムを原動機とする発電機を備えたことを特徴とする発電プラントにある。
【００２２】
本態様によれば、高効率の発電を行うことができる。また、再生熱交換器の小型化に伴う設置の際のコストを低減させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、再生熱交換器における熱交換に伴う有効エネルギーの損失を低減して、再生サイクル型ガスタービンシステムとしての全体の熱効率を向上させることができるばかりでなく、再生熱交換器の小型化も実現でき、据付面積を縮小できるという効果とも相俟って当該再生サイクル型ガスタービンシステムの製造コストの低減にも寄与させることができる。
【００２４】
さらに、再生サイクル型ガスタービンシステムとして高湿分の湿り空気を利用するガスタービンシステムを適用することでさらに効率を向上させることができる。同時に、圧縮空気貯蔵システムとの相性が良好なものとなり、揚水発電システムの代替システムとしても有用なものとなる。特に圧縮空気貯蔵システムに貯蔵する圧縮空気の圧縮に再生可能エネルギーを利用したシステムと組み合わせることにより、再生可能エネルギーが天候に左右され、供給が不安定になるという問題も解決し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムを示すブロック線図である。
【図２】図１におけるエゼクター部分を抽出してその構造を概念的に示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムを示すブロック線図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムを示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムを示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムは、高湿分の空気を利用するもので、供給空気を圧縮する圧縮手段Ｉと、圧縮手段Ｉで圧縮された圧縮空気を増湿させる加湿手段IIおよび加湿手段IIで増湿させた圧縮空気をタービン５の排気ガスと熱交換させて昇温させる再生熱交換器６とを有している。ここで、本形態における圧縮手段Ｉは、吸気を加湿する加湿噴霧器１と、加湿された空気をタービン５の駆動により圧縮する圧縮機２とを有している。発電機３６はタービン５を原動機として駆動されて電力を発生する。また、加湿手段IIは、圧縮機２で圧縮され、空気冷却器３で冷却された圧縮空気を増湿させる増湿器４を有している。かくして、再生熱交換器６で昇温された高温で高湿分の湿り空気とともに燃焼器３３で燃料を燃焼させ、燃焼により生成される高温・高圧の燃焼ガスをタービン５に供給して膨張させることによりタービン５を駆動させて大きな出力を得る。すなわち、本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムは、高湿分空気を利用した再生サイクル型ガスタービンシステムであるＡＨＡＴ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｈｕｍｉｄ  Ａｉｒ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ）として構成されている。
【００２８】
ここで、本形態では、タービン５からの排気ガスが流通する排気管路４０における再生熱交換器６の上流側で排気管路４０から分岐された分岐排気管路４０Ａと、圧縮空気が流通する空気管路４１における再生熱交換器６の上流側で空気管路４１から分岐された分岐空気管路４１Ａとを有している。そして、分岐排気管路４０Ａと分岐空気管路４１Ａとの交点にはエゼクター４２が配設されており、このエゼクター４２で排気ガスと圧縮空気とが混合される。この結果生成される混合ガスは混合ガス管路４３を介して再生熱交換器６の下流側で空気管路４１に接続されている。
【００２９】
図２はエゼクター部分を抽出してその構造を概念的に示す説明図である。同図に示すように、エゼクター４２は末広ノズル４２Ａを有しており、この末広ノズル４２Ａを介して高圧の駆動ガスを噴射させるようになっている。この結果、駆動ガスは低圧超音速となり
吸込ガスを吸込む。かくして駆動ガスと吸込ガスとがディフューザー４２Ｂの前半部４２Ｃで混合され、後半部４２Ｄでは速度を減じて昇圧しつつ吐出口４２Ｅに向かい、吐出ガスとして吐出される。本形態においては分岐空気管路４１Ａを介してエゼクター４２に供給される圧縮空気が駆動ガスとなり、分岐排気管路４０Ａを介してエゼクター４２に供給される排気ガスが吸込ガスとなる。したがって、両者はディフューザー４２Ｂで混合されることにより熱交換される。すなわち、エゼクター４２に供給された圧縮空気は、ディフューザー４２Ｂで排気ガスから直接熱回収を行うので、その分熱回収効率が向上する。したがって、エゼクター４２に供給する排気ガスの量が多いほど熱交換効率は向上すると考えられるが、両者の圧力および流量の差を考慮して分岐排気管路４０Ａに分岐させる排気ガスの量を決めることになる。ちなみに、圧縮空気は、例えば２０気圧程度であるのに対し、排気ガスは通常大気圧程度である。
【００３０】
図１に示すように、空気冷却器３で圧縮空気と熱交換した冷却水は、排気ガス再加熱器８およびエコノマイザ７で排気ガスと熱交換した水とともに増湿器４内に供給される。エコノマイザ７は再生熱交換器６の下流側で排気ガスの熱を回収している。一方、排気ガス再加熱器８はエコノマイザ７の下流側で排気ガスを加熱し、煙突９を介して外部に排出している。
【００３１】
このときの熱回収効率を向上させるためには、ポンプ１５で循環される増湿器４の出口における冷却水の温度を可及的に低下させることが肝要である。
【００３２】
さらに、ガスタービンシステムは水回収システムIIIを有する。本形態における水回収システムIIIは、水回収器１０と、水回収器１０との間でポンプ１１により循環される水を冷却する冷却器１２とを有している。ここで、水回収器１０からはポンプ１３の駆動により加湿噴霧器１に対し冷却水を供給する。また、ポンプ１４の駆動により空気冷却器３に供給されて圧縮空気と熱交換された冷却水を増湿器４に供給する。さらに、ポンプ１５の駆動により排気ガス再加熱器８およびエコノマイザ７で排気ガスと熱交換された冷却水を増湿器４に供給する。
【００３３】
かかる本形態においては、タービン５から排出される排気ガスの一部が分岐排気管路４０Ａを介して、また圧縮空気の一部が分岐空気管路４１Ａを介してエゼクター４２で混合される。この結果、圧縮空気による排気ガスの熱回収を高効率で行うことができる。一方、エゼクター４２において高圧の駆動ガスを圧縮空気とし、低圧の吸込ガスを排気ガスとすることで、圧縮空気の圧力（例えば、２０気圧程度）と排気ガスの圧力（ほぼ大気圧）とが大きく異なっていても両者を良好に混合させ、混合ガスとして混合ガス管路４３を介し、再生熱交換器６の上流側で空気管路４１に合流させることができる。
【００３４】
この結果、再生熱交換器６における熱交換に伴う有効エネルギーの損失を低減して、全体の熱効率を向上させることができる。同時に、再生熱交換器６の小型化も実現でき、据付面積を縮小できるという効果とも相俟って当該ガスタービンシステムの製造コストの低減にも寄与させることができる。
【００３５】
さらに、本形態はＡＨＡＴの再生サイクル型ガスタービンとして構成されている。すなわち、加湿噴霧器１で吸入空気を加湿して圧縮機２で圧縮させている。この結果、吸込空気は水分の蒸発潜熱で冷却されることとなり、圧縮動力を低減し得る。また、圧縮機２で圧縮された圧縮空気に増湿器４で水分を含ませている。この結果、燃焼器３３に供給される圧縮空気が比熱が大きい高湿分の湿り空気となり、圧縮動力を変えることなくタービン５の出力を向上させることができる。
【００３６】
したがって、エゼクター４２の導入による効率の向上効果とＡＨＡＴによる効率の向上効果とが相俟って顕著な効率改善効果を得ることができる。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムを示すブロック線図である。なお、図３中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３８】
図３に示すように、本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムは、ＡＨＡＴに圧縮空気貯蔵手段３５を組み合わせたものである。圧縮空気貯蔵手段３５は、タービン５に供給する圧縮空気を貯蔵するもので、例えば地中に大きな空間として形成されている。
【００３９】
ここで、本形態における圧縮空気貯蔵手段３５は、再生可能エネルギーを利用して圧縮した空気を貯蔵するように構成してある。具体的には、太陽電池３０の電力で電動機３２を駆動し、さらに電動機３２の駆動により圧縮機３１を駆動して空気を圧縮し、圧縮した空気を開閉弁３７を介して圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵するように構成してある。また、貯蔵している圧縮空気は、開閉弁３８を介して空気冷却器３の上流側に供給し圧縮機２から空気冷却器３に供給される圧縮空気に合流させるように構成してある。
【００４０】
本形態によれば、天候に左右される太陽光発電による電力を圧縮空気という異なる形態のエネルギーに変換して貯蔵しておき、必要に応じて貯蔵している圧縮空気を取り出すことにより再度電気エネルギーに変換することが可能となる。この結果、再生可能エネルギーを安定的に利用することができる。
【００４１】
＜第３の実施の形態＞
図４は本発明の第３の実施の形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムを示すブロック線図である。なお、図４中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４２】
図４に示すように、本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムは、ＡＨＡＴと他のガスタービンシステムIVおよび圧縮空気貯蔵手段３５を組み合わせたものである。そこで、本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムは、通常の発電運転モード（図４に示すモード）の他に圧縮空気貯蔵手段３５に対して圧縮空気を貯蔵させる圧縮空気の貯蔵モードおよび圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵した圧縮空気を利用して発電を行う発電モードの三種類の運転モードで運転される。このため、圧縮機２とタービン５との間には、クラッチ１７，１８を介して発電・電動機１６が接続されている。発電・電動機１６は、クラッチ１７のみの接続時で圧縮機２を駆動する電動機として駆動され、クラッチ１７の状態の如何にかかわらずクラッチ１８の接続時に発電機として駆動される。
【００４３】
圧縮空気貯蔵手段３５の単位容積当たりに貯蔵される圧縮空気の量を増大させるためには貯蔵される圧縮空気の圧力を高圧にすることが肝要である。
【００４４】
そこで、本形態では、圧縮機２で圧縮して所定の高圧にした圧縮空気をさらに高圧に圧縮して圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵させるとともに、圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵されている圧縮空気で燃料を燃焼させて動力を得るとともに、その排気ガスをタービン５に供給して二段燃焼させるための他のガスタービンシステムIVが設置されている。本形態における他のガスタービンシステムIVは、空気冷却器３の下流側から供給される圧縮空気をさらに圧縮する高圧側圧縮機１９、二段燃焼させるための高圧側タービン２０および高圧側タービン２０の排気ガスの熱を回収するための高圧側再生熱交換器２１を有する再生サイクル型のガスタービンシステムである。
【００４５】
ここで、高圧側圧縮機１９と高圧側タービン２０との間には、クラッチ２３，２４を介して発電・電動機２２が接続されている。発電・電動機２２は、クラッチ２３のみの接続時に高圧側圧縮機１９を駆動する電動機として駆動され、クラッチ２３の状態の如何にかかわらずクラッチ２４の接続時（図４に示す状態）に発電機として駆動される。
【００４６】
前述の如く、本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムは、圧縮空気貯蔵手段３５に対する圧縮空気の貯蔵モード、圧縮空気貯蔵手段３５から圧縮空気を供給しての発電モード、通常の発電モードの三種類のモードで運転される。このため各モードを切替えるための五個の開閉弁２５，２６，２７，２８，２９を有している。ここで、開閉弁２５は空気冷却器３と増湿器４との間に配設され、以下開閉弁２６は開閉弁２５の上流側で空気冷却器３の下流側と高圧側圧縮機１９の入口側との間、開閉弁２７は開閉弁２５の下流側で増湿器４の上流側と高圧側再生熱交換器２１の出口側との間、開閉弁２８は高圧側圧縮機１９の出口側と圧縮空気貯蔵手段３５との間、開閉弁２９は圧縮空気貯蔵手段３５と高圧側再生熱交換器２１の入口側との間にそれぞれ配設されている。すなわち、本形態においては、圧縮機２で圧縮された圧縮空気が増湿器４の上流側の分岐点３９から他のガスタービンシステムIVを介して圧縮空気貯蔵手段３５に供給されて貯蔵される。一方、圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵された圧縮空気が他のガスタービンシステムIVを介して分岐点３９の下流側で増湿器４の上流側の合流点４４に合流される。
【００４７】
本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムにおける通常の発電モードでは、図４に示すようにクラッチ１７、１８を接続して発電・電動機１６を発電機として駆動させる。また、開閉弁２５〜２９の開閉モードは図４に示す通りの状態とする。すなわち、当該発電モードは他のガスタービンシステムIVおよび圧縮空気貯蔵手段３５を切り離してＡＨＡＴを単独運転させて発電する図１と同様の発電モードである。
【００４８】
したがって、当該発電モードでは、第１の実施の形態における再生サイクル型ガスタービンシステムと全く同様の運転モードとなり、同様の作用・効果が発揮される。
【００４９】
本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムにおいて、圧縮空気貯蔵手段３５に対する圧縮空気の貯蔵モードでは、クラッチ１８を切り離し、クラッチ１７を接続して発電・電動機１６を電動機として駆動させるとともに、クラッチ２４を切り離し、クラッチ２３を接続して発電・電動機２２を電動機として駆動させる。また、開閉弁２５は閉、開閉弁２６は開、開閉弁２７は閉、開閉弁２８は開、開閉弁２９は閉とする。
【００５０】
かかる貯蔵モードにおいて、発電・電動機１６を電動機として駆動することにより供給空気を圧縮する。ここで供給空気には加湿噴霧器１により水分が噴霧される。この結果、供給空気は水分の蒸発潜熱で冷却されることとなり、圧縮動力を低下させることができる。
【００５１】
加湿噴霧器１により水分が噴霧され圧縮機２で圧縮された圧縮空気は空気冷却器３で冷却され、開閉弁２６を介して高圧側圧縮機１９に至る。高圧側圧縮機１９にはクラッチ２３を介して発電・電動機２２が連結されているので、電動機としての機能する発電・電動機２２で高圧側圧縮機１９が駆動される。この結果、供給された圧縮空気がさらに圧縮されて高圧となり開閉弁２８を介して圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵される。ここで、高圧側圧縮機１９に供給される圧縮空気は空気冷却器３で冷却されているので、高圧側圧縮機１９における圧縮動力低減を図ることができる。また、圧縮機２および高圧側圧縮機１９の駆動電力としては夜間等の余剰電力を利用するのが望ましい。電力使用量の平準化を図り合理的な電力使用を実現することができるからである。
【００５２】
本形態に係る再生サイクル型ガスタービンシステムにおける圧縮空気貯蔵手段３５から供給される圧縮空気を利用した発電モードでは、クラッチ１７を切り離し、クラッチ１８を接続して発電・電動機１６を発電機として駆動させるとともに、クラッチ２３を切り離し、クラッチ２４を接続して発電・電動機２２を発電機として駆動させる。また、開閉弁２５は閉、開閉弁２６は閉、開閉弁２７は開、開閉弁２８は閉、開閉弁２９は開とする。
【００５３】
かかる発電モードにおいて、圧縮空気貯蔵手段３５から供給される圧縮空気は開閉弁２９および高圧側再生熱交換器２１を介して燃焼器３４で燃料と混合される。このことにより燃料が燃焼され高温・高圧の燃焼ガスとなって高圧側タービン２０に供給される結果、高圧側タービン２０が駆動され、クラッチ２４を介して接続されている発電・電動機２２が駆動されて発電が行われる。かくして高圧側圧縮機１９で要した圧縮動力が電気エネルギーとして回収される。一方、高圧側タービン２０の排気ガスは高圧側再生熱交換器２１で燃焼器３４に供給される圧縮空気と熱交換される結果、圧縮空気を加熱する。すなわち、排気ガスの熱エネルギーが燃焼器３４に供給される圧縮空気に回収される。したがって、これによってもシステム効率を向上させることができる。
【００５４】
高圧側再生熱交換器２１から排出された排気ガスは、開閉弁２７を介して増湿器４に供給され、以降は通常の発電モードと全く同様に、増湿されることにより高湿度の湿り空気として再生熱交換器６およびエゼクター４２でタービン５から排出される排気ガスの熱を回収して燃焼器３３に供給されることにより二段燃焼される。
【００５５】
＜他の実施の形態＞
上述の如く本発明の第１〜第３の実施の形態を説明したが、本発明は、勿論第１〜第３の実施の形態に限定されるものではない。例えば次のような他の実施の形態が考えられる。
【００５６】
１）  第１〜第３の実施の形態における再生サイクル型ガスタービンシステムはＡＨＡＴとして説明したが、これに限るものではない。再生熱交換器６を有する再生サイクルを構成しているガスタービンシステムであれば、例外なく適用し得る。ただ、ＡＨＡＴを適用した場合には、高湿分の湿り空気を利用してそれ自体で高効率のガスタービンシステムとすることができる。また、高湿分の湿り空気を利用するガスタービンシステムをＡＨＡＴに限定するものでもない。例えば、圧縮手段Ｉとして低圧圧縮機、該低圧圧縮機で圧縮された空気を冷却する中間冷却器および該中間冷却器で冷却された空気をさらに圧縮する高圧圧縮機を有するとともに、前記圧縮手段で圧縮された空気を加湿する加湿手段を有する高湿分空気を利用した再生サイクル型ガスタービンシステムであるＨＡＴ（Ｈｕｍｉｄ  Ａｉｒ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ）でも構わない。
【００５７】
２）  第２の実施の形態において再生可能エネルギーとしては太陽光を利用した太陽電池３０により電動機３２を駆動して圧縮機３１で空気を圧縮する場合を示したが、勿論太陽電池３０に限るものではない。風力、波力、潮汐、地熱等、全ての再生可能エネルギーを対象とすることができる。中でも天候に影響されて供給が特に不安定となる風力、波力のエネルギーを圧縮空気として蓄積する場合に顕著な効果が得られる。また、再生可能エネルギーを利用すれば良く、必ずしも電気エネルギーに変換する必要はない。例えば風力エネルギーを利用した風車により直接圧縮機を駆動させるシステムであっても構わない。
【００５８】
３）  第３の実施の形態において、他のガスタービンシステムIVは必ずしも必要ではない。再生サイクルを構成して加湿空気を燃焼器３３に供給するように再生サイクル型ガスタービンシステムを構成しているので、圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵される空気の圧力をより高圧にできない場合でも、また圧縮空気貯蔵手段３５から供給される空気を直接再生サイクル型ガスタービンシステムに供給した場合でも、流量質量と比熱が大きい空気を燃焼器３３に供給することができるので、従来に比べ、充分効率を向上させることは可能になる。ただ、他のガスタービンシステムIVを設けた場合、再生サイクル型ガスタービンシステムで圧縮した空気をさらに高圧に圧縮して体積を縮小させることができるので、その分多くの圧縮空気を圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵させることができる。
【００５９】
４）  第３の実施の形態において、他のガスタービンシステムIVは再生サイクル型のガスタービンシステムで構成したが、これに限るものではない。再生サイクル型ガスタービンシステムで圧縮した空気をさらに圧縮する際の圧縮動力を回収し得るよう圧縮機のみならず、圧縮空気貯蔵手段３５から再生サイクル型ガスタービンシステムに供給される圧縮空気でタービン発電機を駆動させるガスタービンシステムであれば、その形式に制限はない。すなわち、ＡＨＡＴやＨＡＴのみならず、圧縮機、燃焼器およびタービンを有するものであれば通常のガスタービンシステムであっても良い。ただ、他のガスタービンシステムIVを再生サイクル型のガスタービンシステム，ＡＨＡＴ，ＨＡＴ等で形成した場合の方が効率はより良好なものとなる。
【００６０】
５）  第３の実施の形態において、圧縮空気貯蔵手段３５に圧縮空気を貯蔵するための圧縮手段として第２の実施の形態で示した再生可能エネルギーを利用したシステムと組み合わせることもできる。すなわち、図３に示すように、太陽電池３０の電力で電動機３２を駆動し、さらに電動機３２の駆動により圧縮機３１を駆動して空気を圧縮し、圧縮した空気を開閉弁３７を介して圧縮空気貯蔵手段３５に貯蔵するシステムを、図４に示す第３の実施の形態に追加してもよい。
【００６１】
ここで、上記２）で述べた第２の実施の形態の変形例に関する記載は、この場合にも、もちろん当てはまる。すなわち、再生可能エネルギーとしては太陽エネルギーのみならず、風力、波力、潮汐、地熱等、全ての再生可能エネルギーを対象とすることができる。また、再生可能エネルギーを利用すれば良く、必ずしも電気エネルギーに変換する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は余剰電力や自然エネルギーの貯蔵を行う必要がある産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ｉ                        圧縮手段
II                        加湿手段
III                       水回収システム
IV                        他のガスタービンシステム
１                        加湿噴霧器
２                        圧縮機
３                        空気冷却器
４                        増湿器
５                        タービン
６                        再生熱交換器
３５                        圧縮空気貯蔵手段
４０                        排気管路
４０Ａ                      分岐排気管路
４１                        空気管路
４１Ａ                      分岐空気管路
４２                        エゼクター
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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